月球基地|足够80亿人呼吸10万年！月球上有那么多氧，为何目前还无法使用月壤|航天员

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2030年前，我国有望实施载人登月计划！近日，中科院院士叶培建在接受采访的时候，表达出了自己对祖国载人登月计划的期待和信心。
近些年来，我国航天事业取得了突飞猛进的发展，速度之快令全世界都为之震惊。让航天员踏足到月球表面，这个梦想曾经听起来像是神话传说，如今就要成真了！不仅如此，我国还和俄罗斯签订了协议，准备共同开发月球基地，让航天员在月球表面常驻。
建立月球基地和普通的载人登月完全不同，需要的资源更多。除了需要足够的食物之外，氧气也是一大资源。要知道，建立月球基地比空间站还要更进一步，这就不仅仅是做一些科学实验的任务了，甚至未来要进行更宏伟的建设。如果想要实现这个梦想，有一种资源不可或缺，那就是氧气。
在空间站，航天员能够执行的任务有限，所以氧气主要用来呼吸。通过电解水制取的氧气，就可以保证航天员的使用了。建立月球基地就是完全不一样的情况了，未来需要大量的生产，甚至火箭的发射也需要大量的氧气。如何在月球表面获取足够的氧气，对于人类来说至关重要。
大家都知道，月球是没有完整大气层的，只有一个极其稀薄、内部以氢气、氖气和氩气组成的大气结构，这些气体根本无法让人呼吸，也不可能在未来投入生产。
这不意味着月球上就没有氧。其实，月球上的氧元素非常丰富，只不过目前不适合人类使用。你可能想象不到，这些氧元素都储存于月球的岩石之中。根据美国阿波罗11号的数据，月壤中有41.9%是二氧化硅， 15.8%是氧化亚铁， 13.6%是三氧化二铝， 12.1%是氧化钙，还有8.2%的氧化锰以及7.6%的二氧化钛。
看得出来，这些矿物里面都有氧元素，算下来，月球的岩石中，大约有45%的质量都是氧元素，说月球上氧元素丰富一点也不夸张。可问题在于，这样的氧要如何使用呢？它们怎样才能供人类呼吸和使用呢？
上个月，我国就取得了重大突破。在举办于深圳的深空探索科学技术与应用大会上，航天五院508所果琳丽研究员介绍了我国的最新成果——熔融电解法制氧。通过加热和电解的方式，我们有望将氧元素从月壤中提取出来，制备大量的氧气。
具体来说，就是给月壤进行加热，使其进入高温熔融的状态，阴离子和氧离子得以自由移动。此时通电进行电解，氧离子就会结合成为氧气，供人类使用了。在这个反应中，反应原料是钛铁矿（化学式FeTiO3）和氧化亚铁（FeO），反应温度在1600℃-2500℃之间。除了得到氧气之外，我们还能够得到钛和铁等产物，加以利用，反应方程式在下图有体现。
（图片说明：果琳丽研究员介绍本次成果）熔融电解法是目前比较受认可的月壤制备氧气手段，世界上许多其他的国家也在进行类似的尝试，比如美国、日本、以色列等。除此之外，还有一些其他的方法也可以在月球上制氧，比如还原法、热裂分解法、氟处理等等。不论是哪种方法，都有其独特的优势和劣势，不过以熔融电解法的可行性最高。
今年早些时候，一家总部位于比利时的初创公司宣布，他们正在建造三个实验性反应器，预期能够改善电解铝的反应过程，并且希望自己的这项实验能够在2025年左右登陆月球，帮助欧洲航天局进行月球基地的建设。
说了这么多，月壤中到底有多少氧气可供人类使用呢？
美国宇航局有一份数据：平均来说，每立方米月壤中大约有1.4吨可供我们使用的矿物，这里面包含的氧元素大约是630公斤。要知道，平均每个人每天呼吸的氧气量才只有800克。这么算下来，仅仅一立方米月壤所能提供的氧气就足以让1个人呼吸差不多2年的时间。